книги / Совершенствование разработки калийных месторождений

Рве. 2. Законы распределения геометрических параметров очистных камер, пройденных по пластам "Красный П" и В

В местах выступов кровли появляются растягивающие напряжения, которые увеличиваются по абсолютной величине во времени, что при­ водит к появлению трещин и уменьшению времени устойчивого со с -

Q ( ? 3 *

По результатам исследований построены усредненные (типичные) контуры очистных камер пластов "Красный П" и В (рис. 3 ), а также наиболее неблагоприятные с точки зрения их устойчивости (рис. 4 ). Для количественной оценки влияния отклонения фактического сечения камер, пройденных буровзрывным способом, от проектных на их устой­ чивость должен быть проведен численный эксперимент с применением ЭВМ. В решении соответствующих краевых задач механики горных пород должны быть учтены наиболее существенные физико-механические свой­ ства соляных пород и приведенные выше результаты.

УДК 622.831.327

И.В. Челышев, Г.Д. Полянина

К ВОПРОСУ О МЕХАНИЗМЕ ВНЕЗАПНОГО ВЫБРОСА

соляной порода и газа

(Второе Соликамское рудоуправление, Пермский политехнический институт)

Многообразие взглядов на природу и механизм внезапных выбро­ сов угля и газа, песчаника и газа, соли и газа свидетельствует о том, что явление это недостаточно изучено и в конкретных условиях мохет проявляться нетрадиционно. Возможность проявления выбросов зависит от комплекса факторов: горного давления, газоносности и газового давления, прочностных и упругих свойств, строения и сос­ тава пород, технологии горных работ и т .д . [ I ] .

Закономерность увеличения интенсивности выброса соли и газа с возрастанием горного давления строго не доказана. Начиная с не­ которой глубины, характер и интенсивность протекания процесса мо­

гут оказаться одинаковыми на разных глубинах. Вместе с тем очевид­ но, что величина горного давления влияет на накопление породой по­ тенциальной энергии, необходимой для развязывания и протекания выброса. Накопленная энергия породы будет тем больше, чем больше упругость и газоносность породы. Соотношение прочности породы и накопленной ею величины энергии и предопределяет возможность выброса, формирование потенциально выбросоопасной зоны еще в нетронутом горными работами массиве.

Каким же образом происходит освобождение энергии, проявляюще­ еся в саморазрушении породы при внезапном выбросе? Предлагаемую гипотезу этого механизма строим путем строгого логического обос­

нования.
	Известные гипотезы говорят о трех-четырех стадиях протекания
выброса [ 2 , 3 ]		. Процесс внезапного выброса, описанный Проскуряко­
вым Н.М. как		последовательное разрушение одного слоя за другим
[3 ]	, не объясняет внезапную остановку процесса разрушения (напри­
мер,	из-за повышенной прочности породы), неэаполнение образовавшей­

ся при отрыве очередного слоя трещины газом илинизкий перепад давления газа перед очистным забоем и позади него, хотя именно это приводит к остановке выброса. Полостей выброса со сферической глад­ кой поверхностью слоя диаметром 1-3 м в тупиковой части не сущест­ вует.

Вце	в	1973 г .	авторами	данной статьи цри участии
Н.ф. Красина		были изучены полости		нескольких внезапных внб-

росов и, в частности, характер трещиноватости их стенок. Выяснено, что поверхности трещин, расположенные под углом 90° у устья полос­ ти выброса, постепенно "разворачиваются" и в тупике полости пред­ ставляют собой касательные к контуру тупика (рис. I ) . В общем раз­ ворот происходит почти на 90° и, что важно, имеется общая направ­ ленность трещин в сторону тупика.

горн& я. б ы р есб п х а .

(jvnujc полости бьироса	Хрнцехт/хсчесгие		т рещ ины
		полости
Рис. I . Изменение направления концентрических				трещин от
устья к тупику полости выброса (вектор А -			направление
плоскостей концентрических трещин в сторону				тупика)
Скорость протекания выброса очень		высока. К моменту оконча­
ния разрушения породы выбросоопасной зоны концентрическими					трещи­
нами каждая трещина является каналом,		по которому		идет мощный по­
ток газа из прилегающего массива (рис.		2 ). Газ	из	области	высокого

Рис. 2. Направление газовых потоков из концентрических трещин в полости выброса

давления (массива) устремляется в область низкого давления (по­ лость) - к центру полости и ее тупику. Такое движение потока в аэродинамике рассматривается как движение потока текучего с "то -

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Полянина Г.Д. Динамические явления и меры борьбы с ними / / Технология подземной разработки калийных руд. - М.: Недра, 1977. -

С.239-259.

2.Инструкция по безопасному ведению горных работ на пластах, склонных к внезапным выбросам угля, породы и газа. - М.: Недра, 1977. - 159 с.

3.Проскуряков Н.М. Внезапные выбросы породы и газа в калий­ ных рудниках. - М.: Недра, I960. - 264 с .

УДК 622.401.652

Е.Г. Нвлимова, Г.Д. Полянина

ВЛИЯНИЕ ВЛАЖНОСТИ НА СОРБЦИОННУЮ ЕМКОСТЬ КАЛИЙНЫХ СОЛЕЙ

(Пермский политехнический институт)

Изучение сорбции газов калийными солями необходимо для понимания целого ряда процессов и явлений, происходящих в калийных шахтах. Способность калийных солей сорбировать вредные примеси,при­ сутствующие в атмосфере выработок, отмечена в работах Г 1 - 5 ] . Авторы работы [ 6 ] полагают, что поглощение газов сводится к адсорб­ ции токсичных газов на поверхности солей, сопровождающейся химичес­

ким взаимодействием. Роль паров воды, содержащихся в породе, практи­ чески игнорируется.

В работе [ 7 ] приведены результату ряде экспериментов по ад­ сорбции оксидов азота калийными солями непосредственно в руднике. Показано, что увеличение влажности рудничного воздуха приводит к возрастанию скорости адсорбции. Вопрос о природе наблюдаемых явле­ ний в работе не обсуждается.

Авторами данной статьи процесс поглощения газов породами представляется как их абсорбция межкристальным рассолом, чем как адсорбция на поверхности солей, т .е . предполагается, что молекулы токсичных газов растворяются в пленках воды (точнее в растворах солейрапе), имеющихся в большом количестве на поверхности и в объ­

еме соляных пород С 8 3 . Это подтверждается	и имеющимися в литерату­
ре С9-ЮЗ данными по растворимости газов в	воде (ряд растворимости

точно совпадает с рядом адсорбции газов калийными солями). Ряд адсорбции имеет вид С Ю ] :

S02 >H2S>C02>A/0>CH/f>02 >CO>H2>N2 ,

а растворимость этих газов соответственно составляет 39,37; 2,91; 0,90; 0,47; 0,033; 0,031; 0,023; 0,018; 0,012 см3/100 г воды.

Представляет интерес вопрос о состоянии поглощенных газов. Так, известно, что кислые газы S02 iN2Q2 и т.п . способны образо­ вывать растворы соответствующих кислот. Взаимодействие таких кис­ лот с хлоридами мохет приводить к образованию соответствующих со­ лей. Более глубокое взаимодействие адсорбированных газов с рассо-' лами неизбежно должно приводить к образованию соляной кислоты,но, учитывая, что константы диссоциации сернистой, азотистой и серово­ дородной кислот много меньше, чем соляной, а растворимость НСв выше,чем S02 , N02,H2S (см .т е б л .),т .е . наиболее вероятной формой существования адсорбированных газов является недиссоциированное состояние, характерное для слабых кислот в нейтральной и кислой средах).

	Растворимость и	константа	диссоциации
	рассматриваемых кислот		и газов
Газ	Кислота	Растворимость		Константа
				диссоциации
нее	нее	41,5		М 0 +7
so2	H2 SO3	9,61		1,6-10":
H2S	H2s	0,38		л
				I-ю “4
со2	н2 со3	0,17		1 ,3 -1 0 "
NO2	нщ	-		4 -ТО"4

В качестве примера оценим термодинамическую вероятность та­ кого взаимодействия для сернистого газа, как наиболее химически

активного, при растворении	которого	образуется	наиболее сильная
кислота (при расчетах была	использована литература [ I I - 14] ):
so2+нго+2 ксе		2на *к	so3 ,

AG = R T £п Кр ;

A G = A H - T A S .

Зависимость дН и j S от температуры можно		не учитывать, так как
реакции идут	при комнатной температуре ( Т	= 298 К).
Расчет	д & для реакции (I ) дает величину 170,4 кДж/моль,

что однозначно свидетельствует о термодинамической невозможности протекания реакции ( I ) . При этом следует учитывать, что сернистая кислота на несколько порядков сильнее, чем, например, азотистая

или угольная (см. К Аисс			в табл .), следовательно,				HN02 » М7С03
тем более не способны вытеснять				MCE	из хлоридов.
Для изучения влияния паров воды на сорбцию газов калийными
солями	был проведен ряд	экспериментов.
Схема используемой		установки		представлена		на рис. I . Из бал­
лона 1	через редуктор	гелий, выбранив* в качестве					газа-носителя,
поступает в блок подготовки газа				(БИТ). С помощью кранов, выведен­
ных на	лицевую панель БПГ,		и реометров		7(1) и	7(2),	поставленных

на выходе из детектора теплопроводности (ДТП) 13 , устанавливается

рабочий расход гелия - 2 л/ч. При выходе			из ЕПГ газ-носитель делит­
ся на два потока:	сравнительный (БПГ-ДТП)		и рабочий (через абсор­
бер).
Перед началом каждого		эксперимента всю систему		продували гели­
ем в течение трех	часов. С	помощью кранов	а , 6 и £	рабочий поток

через систему байпасов может напрямик направляться в ДТП, минуя вбсорбер или испаритель. Продувку всех линий системы заканчивали, когда перо потенциометра КСП-4 выходило на стабильную "нулевую" линию. После чего поворотом крана а гелий пускали через испаритель, соединенный с водяным термостатом. Влажность породы задавали, варь­ ируя влажность гелия, подаваемого в абсорбер. После насыщения соли влагой поворотом четырехходового крана 10 импульсами дозировали ис­ следуемый газ в абсорбер с солью / / .

К настоящему времени на установке по изучению сорбционной спо­ собности калийных солей проведен ряд экспериментов. В первую оче­ редь изучалась сорбция воды, т .е . снимались кривые зависимости кон­ центрации воды на выходе из адсорбера от времени. Условия экспери­ мента были следующими: скорость газового потока 2 л/ч, диаметр аб­ сорбера 5 мм, длина слоя соли 430 мм, зернение образца 0 ,5 -0 ,7 мм, температура 20°С. Насыщение газа-носителя влагой осуществлялось пу­ тем барботажа через воду, благодаря чему достигалась относительная влажность, близкая к I00JS.

Типичная выходная кривая приведена на рис. 2. Важной и четко воспроизводимой особенностью этих кривых является наличие двух го -

Рве. I. Схема экспериментальной установки			для изучения			влияния влажности, состава				соли и ад-
сорбтива на величину сорбции: 1 -		баллон с	исследуемым			газом;	2	-	блок подготовки	газа;	3 -
вентили точной регулировки; 4 -		испаритель; S		-	термостат;		в	-	дрексель с серной кислотой;
7 - реометры;	8 - дрексель с дибутилфалатом;			9	- смеситель;			Ю - четырехходовой 1фан;			/ / -
абсорбер; /2 -	термостат колонок;	/3 - детектор		по	теплопроводности; /4 - потенциометр КСП-4

ризонтальных участков 0&		и а б .	Q
Происхождение первого из них объ­
ясняется	специфической формой
изотерм	сорбции, характерной для
капиллярной конденсвфи. Такие
изотермы отражают процесс		резкого
возрастания емкости при относи­
тельном давлении газа, соответст­
вующем давлению конденоации в ка­
пилляре	данного диаметра	[ 1 5 ] .
Это еще раз подтверждает		теаас	0

об образовании рассолов при увлакРис. 2. Зависимость концентра-

ненив	»«Ю Л .
	Оценка величин влагоемкости

по данным динамического эксперимента выявила их крайне низкие зна­ чения (0 ,2 -0 ,3 $ ). Такая влажность достигается в условиях эксперимен­ та в течение четырех часов, после чего разность концентраций влаги до и после абсорбера становится недоступной для экспериментального определения, т .е . наступает полный проскок по воде. Насыщение вла­ гой того же образца в статике в течение 10 суток дает прирост по массе до 1Ъ%. Очевидно, что абсорбция воды протекает во внутридиффузионном режиме (сравнительно быстро заполняется внешняя поверх­ ность, но медленно идет диффузия адсорбированных молекул вглубь). Данный вывод хорошо согласуется с результатами о распределении влаги в стенках выработок, представленньми в работе С83 . Следо­ вательно, одним из критериев, определяющих пригодность пластов для нейтрализации (поглощения) растворимых газов, является их влагопроницаемость.

Проникновение влаги от стенки выработки в толщу породы яв­ ляется при поглощении влаги лимитирующим этапом. Скорость этого процесса можно оценить, изучая распределение влаги по глубине мас­ сива породы в различное время после проходки данного участка выра­ боток. Можно предположить, что влага в старых выработках проникает дальше и ее будет больше на данной глубине, чем в новых выработках. Аналогично должна распределяться и концентрация.поглощенных техно­ генных и природных гвзов.

В связи с тем, что влажность соли в ходе динамического экспе­ римента оказалась на порядок ниже ожидаемой (по литературным дан­ ным 2-3/£ и более Г10 3 ), для определения характера взаимодействия